thiết kế bộ khởi động cho động cơ không đồng bộ ba pha

LờI Mở ĐầU
Trong lịch sử máy điện, máy điện không đồng bộ ra đời muộn hơn so với
các loại máy điện khác,nhng đến hiện nay nó là một loại máy đợc sử dụng
rộng rãi nhất trong các nghành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục
đến hàng nghìn kilôoat:
Trong công nghiệp thờng dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn
động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy công cụ ở
các nhà máy công nghiệp nhẹ
Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió.
Trong nông nghiệp dùng làm máy bơm hay máy gia công sản phẩm.
Trong đời sống hàng ngày, máy điện không đồng bộ cũng dần dần
chiếm một vị trí quan trọng: quạt gió, máy quay đĩa ,động cơ trong tủ lạnh
Bởi nó có những u điểm nổi bật hơn hẳn so với máy điện một chiều cũng
nh máy điện đồng bộ, đó là:
Có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, làm việc chắc chắn, vận hành tin cậy,
chi phớ vận hành và bảo trì sửa chữa thấp ,hiệu suất cao,giá thành hạ.
Máy điện không đồng bộ sử dụng trực tiếp lới điện xoay chiều do đó
không cần phải tốn thêm chi phí cho các thiết bị biến đổi.
Tuy nhiên,máy điện không đồng bộ chủ yếu đợc sử dụng ở chế độ động
cơ ,và động cơ điện vẫn có những , một trong những nhợc điểm đó là dòng
khởi động của động cơ không đồng bộ thờng lớn ( từ 4 đến 7 lần dòng định
mức).Dòng điện mở máy quá lớn không những làm cho bản thân máy bị
nóng mà còn làm cho điện áp lới giảm sút nhiều, nhất là đối với những lới
điện công suất nhỏ.
Do đó vấn đề đặt ra là ta cần phải giảm đợc dòng điện mở máy của động cơ
không đồng bộ, đặc biệt là với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc.Bởi vì
việc tác động vào động cơ rôto lồng sóc khó khăn hơn so với động cơ không
đồng bộ roto dây quấn. Tuy nhiên, hiện nay với việc áp dụng những ứng
dụng của điện tử công thì công việc đó đã trở nên dễ dàng hơn.
Chơng I:
các phơng pháp mở máy

I-mở máy động cơ đIện không đồng bộ:
Khi bắt đầu mở máy thì rôto đang đứng yên, hệ số trợt s=1 nên trị số dòng
điện mở máy tính theo mạch điện thay thế bằng:
1
2
211
2
211
1
)'xCx()'rCr(
U
k
I
+++
=
Từ công thức trên ta thấy, dòng điện khởi động cở không đồng bộ phụ
thuộc vào bản thân cấu tạo của động cơ và phụ thuộc nhiều vào điện áp lới.
Trên thực tế, do mạch từ tản bão hoà rất nhanh, điện kháng giảm xuống
nên dòng điện mở máy còn lớn hơn so với trị số tính theo công thức trên.ở
điện áp định mức, thờng dòng mở máy bằng 4 đến 7 lần dòng định mức.
Điều đó không những làm cho động cơ nhanh bị hỏng mà còn làm cho điện
áp lới mỗi khi khởi động giảm nhiều.Do đó nhất thiết ta phải làm giảm dòng
điện mở máy.
II-các ph ơng pháp mở máy:
Các yêu cầu mở máy cơ bản:
- Phải có mômen mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải.
- Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt.
- Phơng pháp mở máy và thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn.
- Tổn hao công suất trong quá trình mở máy càng nhỏ càng tốt.
1-Mở máy trực tiếp động cơ điện rôto lồng sóc:

Đây là phơng pháp đơn giản nhất, ta đóng trực tiếp động cơ điện vào lới
điện.Khi đó điện áp U1 đặt vào stato bằng điện áp lới( nh hình vẽ).Do đó
dòng điện mở máy lớn,nếu quán tính của tải lớn, thời gian mở máy dàI thì sẽ
làm có thể làm cho máy nóng và ảnh hởng đến điện áp lới.
2- Hạ điện áp mở máy:
Từ công thức của dòng điện mở máy ta thấy, nếu giảm điện áp đặt vào stato
khi mở máy thì sẽ giảm đợc dòng điện mở máy.Nhng hạ điện áp mở máy thì
cũng sẽ làm cho mômen khởi động giảm xuống:
])'xCx()'rCr[(f2
'rpUm
M
2
211
2
2111
2
2
11
k
+++
=
Do đó ta chỉ dùng phơng pháp này cho những thiết bị mở máy cỡ nhỏ.
2-1-Các ph ơng pháp :
2
-Nối điện kháng trực tiếp vào mạch điện stato: khi mở máy trong mạch
điện stato đặt nối tiếp một điện kháng, sau khi mở máy xong thì điện kháng
này bị nối ngắn mạch.
-Dùng biến áp tự ngẫu: ta sử dụng một máy biến áp tự ngẫu, bên cao áp
nối với lới điện , bên hạ áp nối với động cơ điện.Sau khi mở máy xong thì
biến áp tự ngẫu đợc loại ra khỏi mạch.

-Mở máy bằng phơng pháp đổi nối Y-: phơng pháp này thích ứng với
những máy khi làm việc bình thờng thì đấu tam giác, khi mở máy ta đổi
thành sao.
-Đùng bộ điều áp xoay chiếu 3 pha sơ đồ gồm 6 tyristor đấu song song
ngợc .
Phân tích u nhợc điểm của từng phơng pháp mở máy
+ Cả 3 phơng pháp trên đều có tác dụng hạ dòng mở máy nhng trong quá
trình hoat động của động cơ khi dòng tăng đột ngột vì một lý do naò đó thì 3
phơng pháp trên không đáp ứng đơc (không hạn chế đơc dòng đó ) vì vậy ta
dùng bộ điều áp xoay chiều 3 pha.
u điểm của bộ điều áp xoay chiều 3 pha khi điều chỉnh góc thích hợp
của các xung điều khiển đặt vào các thyristor là có thể hạ đợc điện áp đặt vào
stato và do đó có thể hạn chế đợc dòng qua động cơ.Và vẫn còn tham gia
vào mạch trong quá trình hoạt động của động cơ.
Tuy nhiên nhợc điểm của phơng pháp này là dòng điện và điện áp đều
không sin. Nhng do thời gian mở máy rất nhỏ (từ 1ữ3 giây) nên ta vẫn có thể
sử dụng đợc.
Vì vậy ta quyết định chọn phơng án dùng bộ điều áp xoay chiều ba pha để làm bộ
khởi động cho động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc.
2-2-Ph ơng pháp dùng bộ điều áp xoay chiều 3 pha:
Ta sử dụng 6 thyristor đấu song song ngợc theo sơ đồ nh hình vẽ.Khi ta
cấp điện áp xoay chiều vào ba đầu A,B,C ,do còn phụ thuộc vào góc mở van
của các thyristor nên ta sẽ có ba dạng điện áp đặt vào động cơ ứng với ba
vùng của góc mở van .Các điện áp này đều nhỏ hơn so với điện áp vào.
3
1-2-1-Phân tích hoạt động của bộ điều áp xoay chiều ba pha:
-Vì động cơ không đồng bộ có thể coi nh là một phụ tải gồm có điện trở
và cuộn cảm nối tiếp nhau, trong đó:
+Điện trở roto biến thiên theo tốc độ quay.
+Điện cảm phụ thuộc vào vị trí tơng đối giữa dây quấn roto và stato.

+Góc pha giữa dòng điện và điện áp cũng biến thiên theo tốc độ quay
= (s).
-Do tính chất tự nhiên của mạch điện có điện cảm, nên nếu trong khoảng
< mà đặt xung điều khiển vào các van bán dẫn thì các van này chỉ dẫn
dòng ở thời điểm = trở đi. Do đó điện áp động cơ không phụ thuộc vào
góc mở .Nếu nh vậy thì ta không điều chỉnh đợc điện áp, vì vậy ta chỉ đặt
xung đIều khiển với góc mở > .
-Khi > thì tuỳ thuộc vào giá trị tức thời của các điện áp dây mà có lúc
có ba van ở ba pha khác nhau dẫn dòng, hay hai van ở hai pha khác nhau dẫn
dòng:
+ Nếu có ba van ở ba pha khác nhau dẫn dòng:
4
Khi đó dòng điện tải:

)sin(
Z3
U
i
dm
+=
Udm: biên độ điện áp dây
: góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện ở giai đoạn đang xét.
+Nếu chỉ có hai pha có van dẫn:
5
Khi đó ta có dòng điện tải:
)sin(
Z2
U
i
dm

+=
Tuỳ thuộc vào góc điều khiển mà các giai đoạn có ba van dẫn hoặc hai
van dẫn cũng thay đổi theo.
*Khoảng dẫn của van ứng với = 0 ữ
o
60
:
Trong phạm vi này sẽ có các giai đoạn ba van và hai van dẫn xen kẽ
nhau nh đồ thị dới đây :
6
*Khoảng van dẫn ứng với = 60 ữ
o
90
:
Trong phạm vi này luôn chỉ có các giai đoạn hai van dẫn. Ta có đồ thị
điện áp ra ở dới :
7
Chơng 2. Mạch lực
1.Tính toán chọn van
Dựa trên đồ thị dạng điện áp ra của bộ điều áp xoay chiều ba pha,ta
có thể tính toán đợc dòng qua van max,điện áp ngợc qua van max là bao
nhiêu.
Ta tính toán chọn van theo các thông số sau:
+Tính đợc U
ngmax
qua van
+Tính đợc I
tb
qua van
Từ đó chọn điều kiện làm mát thích hợp cho van

U
ngmax
=
2
U
d
=
6
U
p
Với diện áp dây :U
d
=380V
U
ngmax
=
2
U
d
=
2
380=537.4(V)
Dòng điện trung bình lớn nhất qua van:
8
Do dòng qua van là không sin nên ta phải phân tích chuỗi Fourier sau đó
lấy thành phần bậc nhất,do động cơ không đồng bộ ba pha rôtor lồng sóc
có thể coi là tải cảm và trở đấu theo hình sao nên ta phải có đợc U
d
,I
d

,góc
lệch pha

giữa dòng điện và điện áp:
Ta có thông só của động cơ nh sau :P
dc
=200KW
U=380V/50Hz
cos

=0.83
n=1450v/phút
Hiệu suất

=0.85

Nhận xét : khi góc điều khiển = 0 điện áp ra tải là hình sin và nh
vậy, dòng trung bình qua van lúc này là lớn nhất. Từ đây ta có thể xác định
đợc giá trị dòng điện trung bình qua van.


=

+

dsinI
2
1
I
1

1
maxmaxtb

Từ cos

=0.83 ta có dòng điện chậm pha so với điện áp một góc
1

=34
0
.

)]cos()cos([I
2
1
I
11maxmaxtb
+

=
I =
cosU3
P
dm
1
=
cosU3
P
dm
2

=
83,0.38,0.385,0
200
=430.7A
I
max
=I
2
=430,7.
2
=609.1A

1,609.
1
I
maxtb

=
.0,83 =161 (A)
Khi chọn van ta phải chú ý đến điều kiện làm mát cho van vì khi hoạt
động, van toả nhiệt rất lớn nên điều kiện làm mát cho van sẽ ảnh hởng đến
hiệu quả cũng nh tuổi thọ của van. Nếu van hoạt động trong điều kiện đợc
làm mát bằng không khí nhờ cánh tản nhiệt thì van có thể làm việc tốt với
25% dòng định mức. Nếu van làm việc trong điều kiện làm mát bằng quạt
gió cỡng bức thì van có thể chịu đợc đến 30 ữ 60% dòng định mức. Nếu làm
mát bằng nớc thì van có thể chịu đợc đến 80% dòng định mức.
9
Thông thờng trong công nghiệp thì van phải đợc làm mát tồi nhất là
bằng không khí có quạt gió cỡng bức. Trong nhiệm vụ thiết kế là điện này thì
dòng qua van không quá lớn nên ta có thể chọn chế độ làm mát cho van bằng

không khí có quạt gió cỡng bức. Ta chọn các điều kiện thích hợp để van có
thể chịu dòng tới 40% dòng định mức của van.
Khi đó:
tb
I
maxthuc
=
%40
I
maxtb
=
%40
161
= 405.5 ( A )
Để chọn giá trị của điện áp ngợc lớn nhất trên van, ta sẽ chọn thêm hệ
số dự trữ điện áp
u
k
= 1,6 ữ 2
ta chọn :
u
k
= 1,6
ng
U
=
u
k
.
maxng

U
= 1,6 . 537= 860 (V)
Từ các giá trị của
tb
I
và
ng
U
, tra trong sổ tay ta chọn đợc van C501
do hãng G.E của Mỹ chế tạo với các thông số sau :
ng
U
= 700 ữ 1700 ( V )
tb
I
=550( A )
1000
dt
di
max
=

II - Tính toán bảo vệ van bán dẫn
Trong quá trình van hoạt động thì van phải đợc làm mát để van không
bị phá hỏng về nhiệt vì vậy ta đã tính toán chế độ làm mát cụ thể cho van rồi.
Tuy nhiên, van cũng có thể bị hỏng khi van phải chịu tốc độ tăng dòng, tăng
áp quá lớn.Nhng vì dòng chỉ tăng khi qua thyistor trong thời gian rất ngắn 1
ữ
3s nên van có thể chịu đợc. Để tránh hiện tợng quá áp trên van dẫn đến
hỏng van ta phải có những biện pháp thích hợp để bảo vệ van. Biện pháp bảp

10
vệ van thờng dùng nhất là mắc mạch R, C song song van để bảo vệ quá áp và
mắc nối tiếp cuộn kháng để hạn chế tốc độ tăng dòng.
Do động cơ không đồng bộ có thể coi là tải trở cảm nên hạn chế tốc
độ tăng dòng. Cuộn dây đợc dùng là một cuộn kháng bão hoà có đặc tính là:
khi dòng qua cuộn kháng ổn định thì điện cảm của cuộn kháng hầu nh bằng
không và lúc này cuộn dây dẫn điện nh một dây dẫn bình thờng.
Ta có mạch nh hình vẽ:
Để
tính toán
giá trị của
cuộn
kháng ta
xét quá trình quá độ trong mạch:
U
f
= i.R + L.
dt
di
Ta thấy rằng tốc độ tăng dòng lớn nhất là:
dt
di
max =
L
U
f
Để đảm bảo an toàn cho van ta phải chọn L sao cho di/dt max phải
nhỏ hơn tốc độ tăng dòng chịu đợc của van, hay là:
dt
di

max < 1000 A/às

L
U
f
< 1000A/às
L >
6
f
10.200
U

=
6
10.1000
2.220
= 0.31 àH
Ta chọn cuộn kháng bão hoà có giá trị để tổng của điện cảm của động
cơ và cuộn kháng mắc nối tiếp phải có giá trị >0.31 àH.Sau khi tính toán bảo
vệ chống tốc độ tăng dòng ta tính toán bảo vệ quá áp cho van. Ngời ta chia ra
hai loại nguyên nhân gây nên quá áp:
11
1 - Nguyên nhân nội tại: là do sự tích tụ điện tích trong các lớp bán
dẫn. Khi khoá van thyristor bằng điện áp ngợc, các điện tích nói trên đổi ng-
ợc lại hành trình, tạo ra dòng điện ngợc trong thời gian rất ngắn. Sự biến
thiên nhanh chóng của dòng điện ngợc gây nên sức điện động cảm ứng rất
lớn trong các điện cảm, vốn luôn luôn có của đờng dây nguồn dẫn đến các
thyristor. Vì vậy, giữa anốt và catốt của thyristor xuất hiện quá điện áp. Ta có
đồ thị thể hiện quá trình biến thiên của điện áp và dòng điện trên van:
2 - Nguyên nhân bên ngoài: những nguyên nhân này thờng xẩy ra

ngẫu nhiên nh khi đóng cắt không tải một máy biến áp trên đờng dây, khi
một cầu chì bảo vệ nhẩy, khi có sấm sét
Để bảo vệ quá điện áp do tích tụ điện tích khi chuyển mạch gây nên
ngời ta dùng mạch RC đấu song song với thyristor nh hình dới:
Thông số của R, C phụ thuộc vào mức độ quá điện áp có thể xảy ra,
tốc độ biến thiên của dòng điện chuyển mạch, điện cảm trên đờng dây, dòng
điện từ hoá máy biến áp Việc tính toán thông số của mạch R, C rất phức
tạp, đòi hỏi nhiều thời gian nên ta sẽ sử dụng phơng pháp xác định thông số
R, C bằng đồ thị giải tích, sử dụng những đờng cong đã có sẵn.
Các bớc tính toán nh sau:
- Xác định hệ số quá áp theo công thức:
k =
im
imp
U.b
U
12
với
imp
U
là giá trị cực đại cho phép của điện áp ngợc đặt trên diot
hoặc thyristor một cách không chu kỳ, tra trong sổ tay tra cứu.
im
U
là giá trị cực đại của điện áp ngợc thực tế đặt trên
diot hoặc thyristor.
b là hệ số dự trữ an toàn về điện áp, b = 1 ữ 2
- Xác định các thông số trung gian:
)k(C
*

min
,
)k(R
*
max
,
)k(R
*
min
bằng cách tra trong đồ thị trong sổ tay tra cứu
- tính
dt
di
max khi chuyển mạch nh ở phần tính toán cuộn kháng bão
hoà.
- Xác định điện lợng tích tụ Q = f(
dt
di
), sử dụng các đờng cong cho
trong sổ tay tra cứu để xác định.
- Tính toán các giá trị của R, C theo công thức:
C =
im
*
min
U
Q.2
.C
Q2
LU

RR
Q2
LU
R
im
*
max
im
*
min


trong đó L là điện cảm của mạch RLC
Tuy nhiên, trong thực tế, khi tính toán thiết kế bảo vệ van thì rất khó
có thể có đầy đủ tất cả các đờng cong đặc tính cần thiết nên ngời ta thờng
chọn giá trị của R, C theo kinh nghiệm:
R = 20 ữ 100 ( ) ; C = 0,4 ữ 1 ( àF )
Với dòng qua van nhỏ, ta chọn giá trị R lớn, C nhỏ.Với dòng qua van
lớn, ta chọn giá trị R nhỏ, C lớn.
Theo tính toán, dòng qua van bằng 161 A là lớn nên ta chọn giá trị
của R, C nh sau:
R = 20
13
C = 0,8 àF ( các giá trị chuẩn)
Ngoài ra, trong mạch lực cũng cần có thêm các thiết bị bảo vệ ngắn
mạch, quá tải nh áptômát, cầu chì ở mỗi pha và cầu chì ở trớc mỗi van
để tăng cao tính an toàn cho mạch.
Ta có mạch hoàn chỉnh nh ở dới :
14
Chơng 3.

Thiết kế mạch điều khiển toàn hệthống
I.Giới thiệu chung về mạch điều khiển toàn hệ thống
1.Các yêu cầu chung đối với hệ thống điều khiển
a)Đảm bảo phát xung với đủ các yêu cầu để mở van:
-Đủ biên độ ,U
x
-Đủ độ rộng,t
x
-Sờn xung ngắn (t
s
=0.5
ữ
1às)
(xung điều khiển thờng có biên độ từ 2V dến 10V ,độ rộng xung thờng từ
20às đến 100às)
Các thông số liên quan đến hình dạng một xung điều khiển đợc minh hoạ
trên hình vẽ:
b)Đảm bảo tính đối xứng đối với các kênh điều khiển
Trong sơ đồ điều khiển các thyristor ở đây thì độ lệch cho phép của các
xung ở các kênh khác nhau phải ở trong một phạm vi cho phép với cùng
một giá trị điện áp điều khiển.
c)Đảm bảo cách ly giữa mạch điều khiển và mạch lực
đối với khâu biến áp xung,thờng đợc sử dụng nh một khâu truyền xung
cuối cùng ở tầng khuếch đại xung,điện áp chịu đựng giữa sơ cấp và thứ
cấp phải đạt 1500Vữ2000V khi sơ đồ làm việc với điện áp lới 3ì380VA.
d)Đảm bảo đúng quy luật thay đổi về pha của các xung điều khiển
Đây là yêu cầu để đảm bảo phạm vi điều chỉnh của góc điều khiển


Thông thờng đối với sơ đồ biến đổi xung áp xoay chiều góc

phải thay
đổi trong phạm vi 0
0
ữ210
0
.
e)Có thể điều chỉnh đợc góc điều chỉnh

,không phụ thuộc sự thay đổi
điện áp lới.
f)Không gây nhiễu đối với các hệ thống điều khiển điện tử khác ở xung
quanh.
g)Có khả năng bảo vệ quá áp,quá dòng mất pha và báo hiệu khi có sự
cố.
Đối với yêu cầu cụ thể của sơ đồ bộ biến đổi xung áp xoay chiều ba pha cho mạch điều
khiển mở máy động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc thì có hai yêu cầu chính mà mạch
điều khiển phải thực hiện đợc là:
I.Khi mở máy thì dòng mở máy qua động cơ phải đợc hạn chế vì lúc
này dòng mở máy tăng lên đột ngột với gía trị lớn làm hại động cơ.
II.Để hạn chế dòng mở máy thì ta dùng bộ biến đổi xung áp xoay
chiều ba pha để hạ điện áp đặt vào stato động cơ và do đó dòng lúc
mở máy sẽ đợc hạn chế.Vậy tại lúc mở máy ta thờng điều chỉnh U
dk
để
cho điện áp stato bằng khoảng 60%U
dm
nên sau khi khởi động thì ta
phải cho điện áp stato phải tăng trở lại.
Sau khi khởi động thì U

dc
phải tăng trở lại theo nh đồ thị dới đây
và nhờ điều chỉnh U
dc
thì ta sẽ điều chỉnh đợc thời gian khởi động
t
kd
=1sữ3s.
15
Để thực hiện điều này ta phải dùng một khâu sau :
Mục đích:
Khi khởi động thì sẽ có một giá trị nhất định và ta điều chỉnh điện áp điều
khiển này để lúc khởi động sẽ có : U
dc
=60%U
dm
để dòng qua động cơ đợc
hạn chế.
Sau đó công tắc start đóng và mạch tích phân hoạt động U
dk
sẽ là một hàm
tuyến tính của U
d
có dạng nh sau:
16
chính nhờ U
dk
tăng thì góc sẽ giảm dần và U
dc
sẽ tăng dần đạt theo đúng

yêu cầu.
Phân tích hoạt động:
Khi cha đóng công tắc.U
dk
=U
dk0,
trong đó U
dk0
là điện áp điều khiển ứng với
U
dc
=60%U
dm
.
Khi đóng công tắc thì U
d
=-E :
Ta có: -U
dk
=
C
1

C
I
dt=
C
1

+

x2
d
RR
U
dt=
t
)RR(C
U
x2
d
+
=
t
)RR(C
E
x2
+

+C
Từ đó:

U
dk
=
t
)RR(C
E
x2
+
+U

dk0.

Vậy sau đó U
dk
sẽ tăng dần và

giảm dần thì U
dc
sẽ tăng dần.
Vậy nhờ khâu trên ta đã thực hiện đợc yêu cầu đề ra cho việc khởi động.
* Cấu trúc của một mạch điều khiển nh sau :

17
X
S S
1
2
3
4
Uc
ĐF
Urc
Trong đó :
- ĐF : khâu tạo điện áp đồng fa
- Urc : điện áp răng ca
- Uc : là điện áp điều khiển
- khâu 1 : khâu so sánh điện áp giữa Uc và Urc , khi Uc Urc = 0 thì
trigơ lật trạng thái .
- khâu 2 : khâu tạo xung chùm
- khâu 3 : là khâu khuyếch đại xung

- khâu 4 : khâu biến áp xung .
Bằng cách điều chỉnh Uc ta có thể điều chỉnh đợc vị trí xung điều khiển tức
là điều chỉnh đợc góc .

1.Khâu tạo điện áp đồng bộ.
Khâu tạo điện áp đồng bộ cho bộ điều áp xoay chiều ba pha để điều chỉnh
sáu thyristor thờng cần một hệ điện áp sáu pha làm điện áp đồng bộ. Góc
đợc tính từ gốc O. Hệ điện áp pha này bao gồm sáu điện áp đồng bộ hình sin
lệch nhau một góc
3

.Yêu cầu này sẽ đợc thoả mãn dễ dàng nếu dùng một
máy biến áp ba pha sơ cấp có ba cuộn dây đấu sao lấy điện áp từ lới. Máy
biến áp này có thể đợc bố trí bằng
cách sau:
Điểm trung tính kí hiệu là O nối với điểm O của mạch đIều khiển u
s1
,u
s3
,u
s5

dùng làm điện áp đồng bộ của pha a,b,c tơng ứng:
u
s1
=U
sm
.sin(

+

3

);u
s3
= U
sm
.sin(

-
3

); u
s5
=Usm.sin(

-

);
18
u
s2
= U
sm
.sin

; u
s4
=U
sm
.sin(

-
3
2
);U
sm
.sin(

-
3
4
);
2. Khâu biến áp xung và khuyếch đại xung:
a) Tác dụng
Khâu khuếch đại xung là khâu cuối cùng quan trọng tron hệ thống điều
khiển .Khâu KĐX có nhiệm vụ là khuếch đại tín hiệu điều khiển đa đến để
điều khiển van bán dẫn công suất để đảm bảo các tham số cơ bản nh biên
độ,độ rộng và công suất.Một trong những nhiệm vụ cơ bản của KĐX là cách
ly giữa mạch động lực và hệ thống điều khiển.
Khối KĐXcó tác dụng tăng dòng từ cổng AND đi ra (dòng từ cổng AND
đi ra thờng nhỏ) sau đó đi qua BAX để tạo đợc dòng điều khiển I
g
,áp điều
khiển U
g
có biên độ thích hợp để mở Tiristor.
Khâu biến áp xung bao gồm khối khuyếch đại T
1
và máy biến áp xung tạo ra
các xung điều khiển có công suất theo yêu cầu của van .

Máy biến áp xung là loại biến áp đặc biệt trong đó điện áp đặt lên phía sơ
cấp có dạng cung chữ nhật mà không phải là một điện áp hình sin.Điều này
dẫn đến chế độ làm việc và tính toán BAX rất khác so với các biến áp thông
thờng.

19
b)Hoạt động:
Sơ đồ gồm một khoá Transistor T1 đợc điều khiển bởi một xung có độ
rộng t
x
.Khi T1 mở bão hoà gần nh toàn bộ điện áp nguồn U
n
đợc đặt lên
cuộn sơ cấp của máy biến áp xung.Điện áp cảm ứng bên phía thứ cấp có cực
tính dơng mở điôt D2 đa dòng điều khiển vào giữa cực điều khiển và catôt
của thyristor T . Điôt D4 có tác dụng làm giảm điện áp ngợc đặt lên giữa
catôt và cực điều khiển của thyistor T khi điện áp dơng hơn hơn điện áp
anôt.Điều này đảm bảo an toàn cho tiếp giáp G-K của thyistor khi T ở chế
độ khoá.
Khi transistor T1 khoá lại dòmg collector-emitter của nó sẽ về bằng 0.Tuy
nhiên dòng qua cuộn dây sơ cấp BAX không thể bị dập tắt đột ngột đợc.Sức
điện động tự cảm trên cuộn dây khi đó sẽ đảo chiều theo hớng muốn duy trì
dòng này,nghĩa là cực tính sức điện đọng có dấu (-) ở phía trên và (+) ở phía
dới.Sức điện động này có thể rất lớn vì nó tỷ lệ với tốc độ giảm của dòng
điện sơ cấp i
1
:
dt
di
1

.Tuy nhiên khi đó điôt D1 và điôt ổn áp DZ sẽ mở tạo ra
đờng khép kín cho dòng điện i
1
.Dòng điện i
1
sẽ suy giảm dần về không do
tổn hao công suất trên điện trở thuần của cuộn dây và chủ yếu do tiêu tán sụt
áp trên điôt D1 và điôt DZ.Nhờ đó điện áp trên collector của transistor T1 đ-
ợc giữ ở mức U
n
+(U
D1
+U
DZ
).
Điện trở R mắc nối tiếp giữa nguồn và biến áp xung có tác dụng hạn chế
dòng từ hoá BAX.Điện trở R đợc tính để đảm bảo dòng qua transistor T1
không bao giờ vợt qúa dòng collector lớn nhất cho phép.
c.Tính toán cụ thể cho sơ đồ:
Với thông số:
I
G
=0.2A;
U
GK
=5V;
t
x
=100
à

s;
Ta có:
20
Diện tích xung điều khiển U.t
x
=5.100=500(V.
à
s).Với dòng điều khiển yêu
cấu I
G
=0.2 A theo bảng tra ta có thể chọn BAX loại IT235 với 2 cuộn dây có
tỉ số máy biến áp 1:1,Điện cảm Lp=3mH.
Dòng sơ cấp BAX:I
1
=I
G
+I
à
.Trong đó I
à
là dòng điện từ hoá của BAX.
Vì điện áp đặt lên cuộn dây BAX không đổi nên dòng từ hoá thay đổi tỷ lệ
bậc nhất với thời gian.
I
à
=(U
1
.t)/Lp
Nh vậy:I
maxà

=(U
1
.t
x
)/Lp
Ta phải có U
1
=U
GK
+

U
D
=5+1=6V
Vậy: I
maxà
=(6.100.10
6
)/(3.10
3
)=200.10
3
=0.2A
I
Lmax
=(30-6)/0.4=60

.
Theo sơ đồ thf transistor phải chọn loại có dòng I
Cmax

>0.4A và hệ số khuyếch
đại dòng

=100.Khi đó dòng điều khiển bazơ sẽ là 4mA là phù hợp.
Chọn điôt ổn áp D
Z
với U
on
=12V khi đó U
Cemax
=30+12+1=43V
Chọn tranzito T loại ST603 có các thông số cơ bản :
Uce =30V ;
Ice =800mV
= 30ữ100
3. Khối tạo nguồn một chiều :
Khối tạo nguồn một chiều cung cấp điện áp một chiều cho các khuyếch đại
thuật toán hoạt động và cho các điện áp đặt đặt ở đầu vào các IC thực hiện
nhiệm vụ so sánh điện áp .
Chọn IC ổn áp loại :
. UA7815 có điện áp ngỡng = 35V
Dòng điện ra Io = 1,5A
điện áp ra : E = 15V
. UA7915 có điện áp ngỡng = -40V
dòng điện ra Io = 1,5A
Điện áp ra : - E = -15V
Chọn tụ lọc fẳng C1 = 1000àF ; C2 =
500àF ; C 3 = C4 = 100àF
chọn 2 tụ lọc nhiễu C5 = C6 = 0,1àF
Chọn các diode loại D-1001 có các thông

số : Itb = 800mA ; Ung = 100
4.Khâu tạo điện áp răng c a
Do yêu cầu của bộ điều áp xoay chiều ba pha trong mạch để khởi động động
cơ không đồng bộ ba pha thì mạch phải có chất lợng càng cao càng tốt,vì
tính đồng bộ của các điện áp điều khiển rất cao.
21
D21
D23
7815
7915
D22
D24
C1
C2
C3
C4
C5
C6
E
-E
Mạch tạo tín hệu răng ca dùng khuếch đại thuật toán sẽ cho độ tuyến tính
của sờn răng ca tốt hơn.Độ ổn định của sơ đồ này rất cao tốt nhất so với các
sơ đồ khác dùng transistor.
Cho nên ta phải sử dụng mạch tạo xung nh dới đây:

a/ Nguyên lý hoạt động
Điện áp của bộ phát xung chủ đạo đợc đa vào cửa đảo của khâu tạo điện
áp răng ca.
Khi U
II

<0 thì điôt D thông thì C1 đợc nạp thông qua R5 và D3 về II với
dòng nạp:
I
R2
=
5
II
R
U

Chọn U
DZ
=6V,ta chọn điện trở R
2
sao cho dòng qua tụ C trong khoảng 1ms
đạt đến giá trị U
DZ
của điôt ổn áp.
Nếu dòng qua tụ có giá trị không đổi điện áp trên tụ thay đổi theo quy luạt
tuyến tính U
C
=
C
I
C
t,do đó
C
I
C
=

t
U
C
=
3
10
6

=6.10
3
.
Từ đó dòng qua tụ có giá trị :
I
C
=6.10
3
.C
Chọn tụ: C=0.22àF
I
C
=0,22.10
6
.6.10
3
=1.32mA
R
5
=
C
II

I
U
=
3
10.32,1
12

=9.05.10
3


Chọn R
5
=8.2k


22
C1
DZ
OP2
+E
-E
R4
R5
D3
RX2
R6
+E
( II )
( III )

Khi U
II
>0 D
3
khoá U
ra
= 0 tụ C sẽ phóng điện về âm nguồn của
OP
2
.Dòng qua tụ bằng dòng qua điện trở R
x2
và R
4
,thời gian phóng còn lại
sẽ là 9ms nên ta phải chọn giá trị dòng điện sao cho tụ C phóng điện về đến
0V sau đúng 10.67ms.
Trong khoảng thời gian này điện áp trên tụ C thay đổi theo quy luật:
U
C
=U
Co
-
C
I
C
.t,với U
Co
=U
DZ
=6V.

Vậy : 0=6-
C
I
C
.10,67.10
3
I
C
=
3
10.67,10
C.6

=
3
6
10.67,10
6.10.22.0


=0,124.10
3
(A).
Vì : I
C
=
42x
II
RR
U

+
R
x2
+R
4
=
42x
II
RR
U
+
=
3
10.124,0
12

=96.77k
Để hiệu chỉnh đợc điện áp trên tụ C đúng bằng 0V sau 10.67ms và có khả
năng điều chỉnh điện áp rắng ca ở nhiều kênh khác nhau ta chọn :
R
4
=60k là điện trở cố định, R
x2
=60k là biến trở điều chỉnh.
Chọn linh kiện :
OP
2
: àA741 có các thông số:
U
ng

= 3ữ22V; U
nF
= 15 V; U
dF
= 30 V; K
o
=5.10
6
; P
1
=100 mW;
[t]=55ữ125
0
C; I
ra
=25 mA; E
n
=15 V; Z
ra
=60 ; Z
vào
=300
K;

5,0
dt
du
=
.
D

3
: D-1001 có các thông số :
I = 1A ; U
ng
= 200V ; U = 0,5V
5.Khâu so sánh:
23
Điện áp vào: Uvào đợc đa vào cổng âm khối A4 .
Khi | U
vào
U
p
| = 0 thì trigơ lật trạng thái và có đầu ra U
ra
là chuỗi xung
chữ nhật.
+Nếu (U
vào
U
p
) >0 thì Ura = -0,8 Uvào
+Nếu (U
vào
U
p
) <0 thì Ura = 0,8 Uvào
6.Khâu tạo đIện áp chuẩn:
Khâu này với đầu vào là điện áp đồng bộ sẽ cho ở đầu ra là xung điện áp
chuẩn ( có dạng nh hình vẽ) để đa vào đầu của mạch tạo xung răng ca.Bởi
vì, để tạo ra đợc xung răng ca có dạng sau ,ta cần phải có thời gian nạp

của tụ phải thật ngắn và thời gian phóng của tụ dài.
Hoạt động:
Khâu này gồm có hai khối so sánh kết hợp với một khối vi phân nh
hình vẽ:
24
Điện áp đồng bộ đợc so sánh với 0(V) sẽ tạo thành xung vuông . Sau đó qua
mạch vi phân áp ra có dạng nh trên đồ thị sau đó sẽ qua bộ bộ so sánh với U
ref
để tạo đợc xung áp mong muốn đa vào bộ tạo xung răng ca.
7.Khâu tạo Độ rộng xung theo yêu cầu:
Mục đích:
Sau khi tạo đợc điện áp răng ca và cho qua bộ so sánh để tạo đợc xung
vuông cho việc điều khiển thyristor nhng độ rộng xung quá lớn so với
xung cần thiết để điều khiển thì ta phải dùng cách này để tạo đợc xung có
độ rộng yêu cầu.
Hoạt động
Góc đợc tạo ra do sự tăng giảm điện áp điều khiển U
dk
nên dải điều
chỉnh rộng nhất của góc là 0
o
ữ210
o

Giả sử ta có điện áp răng ca nh hình vẽ :
Sau khi so sánh ta có xng vuông dơng rộng quá ta muốn điều chỉnh độ
rộng để xung điều khiển chỉ rộng ở một mức nào đó thôi ta làm nh sau:
Cho U
dk
=U

dkmin
thì ta sẽ xấc định đợc
max
và ta cho U
dk
và điện áp răng ca
qua bộ so sánh ta sẽ tách đợc phần xung cần cắt bỏ.
Tiếp đó ta sẽ cho phần xung điều khiển cần cắt bỏ và xung điều khiển có
độ rộng trên qua một phần tử logic XOR thì ta sẽ có xung điều khiển với
độ rộng yêu cầu.
Đồ thị quá trình:

25